最近，加州大學(xué)的工程師們表示，他們已經(jīng)證明，窺探生物技術(shù)公司如何制造合成 DNA 是可行的，只需要一段錄音就能實(shí)現(xiàn)：只要把一部智能手機(jī)放在 DNA 合成器附近，錄下聲音，然后通過(guò)訓(xùn)練有素的算法來(lái)識(shí)別 DNA 合成器發(fā)出的滴答聲和嗡嗡聲，這樣就能確切地知道合成器中正在生成的 DNA“模塊”的相關(guān)組合序列。

上周，研究人員在圣地亞哥舉行的 2019 年網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)安全研討會(huì)上展示了他們的研究結(jié)果。研究人員在一種廣泛使用的老式 DNA 合成器 3400 上演示了上述技術(shù)。

研究人員進(jìn)行這項(xiàng)研究的目的是說(shuō)服工程師，在設(shè)計(jì)生物儀器時(shí)需要考慮到這些安全漏洞。研究人員表示，網(wǎng)絡(luò)入侵并不是竊取專(zhuān)用數(shù)據(jù)的唯一途徑。

加州大學(xué)歐文分校的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授 Mohammad Al Faruque 的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了相關(guān)算法，他說(shuō)：“這臺(tái)機(jī)器發(fā)出的聲音是問(wèn)題所在?！彼€表示，機(jī)器傳出的所有信息都可以進(jìn)行分析。機(jī)器可以發(fā)射電磁場(chǎng)、散熱或者振動(dòng)，所有這些都可能為不法分子或生物恐怖分子提供挖掘敏感信息的線(xiàn)索。Al Faruque 說(shuō)，制造機(jī)器的相關(guān)人員需要“考慮到所有這些漏洞，然后設(shè)計(jì)機(jī)器”。

（來(lái)源：Steven Zylius/加州大學(xué)歐文分校）

在 DNA 合成工具中，聲學(xué)揭示了所有秘密。合成不同的 DNA“模塊”（核苷酸腺嘌呤 A、鳥(niǎo)嘌呤 G、胞嘧啶 C 或胸腺嘧啶 T 時(shí)，DNA 合成器會(huì)發(fā)出不同的聲音。這使得以該機(jī)器聲音特征訓(xùn)練的算法很容易識(shí)別正在合成的核苷酸種類(lèi)以及排列順序。

這些稱(chēng)為寡核苷酸的核苷酸序列最終會(huì)被合成為 DNA，然后整合到細(xì)菌或病毒等生物體中。正確的 DNA 序列可以將普通酵母變成阿片類(lèi)生產(chǎn)廠，使作物抵抗相關(guān)疾病。使用 DNA 合成器，科學(xué)家甚至可以從頭開(kāi)始生成全新生物的遺傳密碼。生物合成公司都密切保護(hù)著這些關(guān)鍵的 DNA 序列，以保護(hù)其核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

有媒體聯(lián)系了兩家生物技術(shù)公司，詢(xún)問(wèn)了他們關(guān)于監(jiān)聽(tīng) DNA 合成器得出序列的可行性。兩家公司都不認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)有多大威脅。

DNA 設(shè)備制造商 Twist Bioscience 首席執(zhí)行官 Emily Leproust 表示:“在我看來(lái)，這是一項(xiàng)學(xué)術(shù)活動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)世界中，這不是問(wèn)題?！彼f(shuō)，Twist 公司內(nèi)部開(kāi)發(fā)的 DNA 合成器使用噴墨打印，幾乎不發(fā)出任何聲音。每臺(tái)機(jī)器一次可以打印 100 多萬(wàn)個(gè)寡核苷酸，因此從聲音上解析單個(gè)序列將非常困難。

合成微生物公司 Ginkgo Bioworks 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Barry Canton 補(bǔ)充說(shuō):“我認(rèn)為這對(duì)生物合成技術(shù)行業(yè)沒(méi)有構(gòu)成任何威脅。寡核苷酸很短，所以它們只是我們序列的一個(gè)小片段。你需要將許多寡核苷酸按正確的順序組合在一起，才能得到真正有價(jià)值的序列。這就是這個(gè)案例沒(méi)有威脅的原因。這有點(diǎn)像試圖從撕碎的紙上重新拼一份文件?！?/p>

Ginkgo 公司去年宣布，將為公司產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)一系列生物安全措施，包括篩選客戶(hù)訂單的算法。目的是阻止邪惡分子利用基因成分制造致命病毒或其他有害生物。

但即使不法分子成功竊取了關(guān)鍵 DNA 片段的序列，要讓它們?cè)谏矬w中發(fā)揮作用也需要大量的測(cè)試和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。Twist Bioscience 公司的 Leproust 說(shuō):“這就好比是讓來(lái)自其他國(guó)家而且演技很差的人擔(dān)任間諜一樣，很難成功。最好的方法是等到公司做了實(shí)驗(yàn)，然后侵入他們的 (電腦) 系統(tǒng)，或者直接偷取有機(jī)體?！?/p>

實(shí)際上在生物技術(shù)行業(yè)這種間諜活動(dòng)時(shí)有發(fā)生。幾年前，美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局 (FBI) 特工抓獲了一群中國(guó)人，當(dāng)時(shí)他們?cè)诿绹?guó)公司的秘密試驗(yàn)田里偷挖種植玉米的種子。這些種子含有農(nóng)業(yè)中一些最優(yōu)秀性狀的 DNA，價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元，而且代表著近十年的研究和開(kāi)發(fā)成果。(2014 年，美國(guó)政府指控這些中國(guó)公民合謀竊取商業(yè)機(jī)密。其中一人認(rèn)罪。另外五人據(jù)稱(chēng)已逃離美國(guó)。)

在這個(gè)案件里，研究人員將基因代碼整合到玉米種子中后，不法分子直接偷走成品竊取基因代碼。相比之下，不法分子從合成器中竊取一段 DNA 的遺傳密碼之后，還有大量的工作要做。

不過(guò)，報(bào)告的作者說(shuō)，威脅仍然存在。生物恐怖分子可能會(huì)試圖竊取基因密碼，使一個(gè)有機(jī)體變成一種致命毒素的生產(chǎn)者，或使一種病毒更強(qiáng)大。反過(guò)來(lái)講，這項(xiàng)技術(shù)也可以用于監(jiān)視試圖自制病毒或毒品的犯罪嫌疑人。

也許我們可以用這樣的算法來(lái)審視我們自己。加州大學(xué)河濱分校生物工程助理教授 William Grover 是這項(xiàng)研究的合著者，他說(shuō)：“我很樂(lè)意我的實(shí)驗(yàn)室里有一個(gè)麥克風(fēng)，它能夠聽(tīng)機(jī)器日常制造的聲音，然后告訴我什么時(shí)候有偏差，這將是一個(gè)早期故障預(yù)警的方法。”

Grover 在學(xué)校教授生物儀器課程，他說(shuō)，年輕的工程師應(yīng)該學(xué)會(huì)從機(jī)器可能泄露的信息方面全方位地考慮安全問(wèn)題，而不僅僅考慮傳統(tǒng)意義上的安全。

加州大學(xué)河濱分校計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程副教授，也是該報(bào)告的作者之一的 Philip Brisk 補(bǔ)充說(shuō):“我希望這能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)采取應(yīng)對(duì)措施。希望人們能注意到這一點(diǎn)，并想出相應(yīng)的辦法，例如在這些機(jī)器的內(nèi)部加上某種材料降低噪音，未雨綢繆?！?/p>